(57)【要約】【課題】機械式圧力スイッチ又は感知器に関する問題を解決する改良されたポンプ制御器を提供する。【解決手段】本発明は、圧力を直接に感知することなしに圧力を一定レベルに制御するために、電流感知を用いた技術を提供する。この技術は、スイッチ又はセンサーだけへの依存、及びそれらの非線形性、及び例えばＥＭＩに影響を受ける非反復動作のような他の関連する問題を低減する。この技術は、ポンプから供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号に応答するように構成され、且つポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定圧力で作動するようにポンプを制御する情報を含む一以上の出力信号を供給するように構成された一以上のモジュールを特色とするポンプ制御器を使用することを含んでいる。一以上のモジュールは、各ポンプ用に校正された電圧及び電流に関する特性の表に少なくとも部分的に基づいてポンプの作動を制御する。【選択図】図１ａ
2010255634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプから供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号に応答するように構成されるとともに、ポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定の圧力で作動するように前記ポンプを制御するための情報を含む一以上の出力信号を供給するように構成される一以上のモジュールを具備するポンプ制御器を含む装置。
【請求項２】
前記一以上のモジュールは、各ポンプ用に校正された電圧と電流に関する特性の表に少なくとも部分的に基づいて、ポンプの作動を制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
電圧と電流に関する前記特性が、次に示す等式、即ち
Ｉ＝Ｖｍ＋Ｃ
ここで、ｍ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｖ１−Ｖ２）
Ｃ＝（Ｖ１・Ｉ２−Ｖ２・Ｉ１）／（Ｖ１−Ｖ２）
（Ｖ１、Ｉ１）：曲線の低い点
（Ｖ２、Ｉ２）：曲線の高い点
によって決定される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記一以上の入力信号は、前記ポンプを作動させる感知された実際のモータ電流に関する情報を含み、前記一以上の出力信号は、前記感知された実際のモータ電流に対応する、前記表から読み取られた電圧に関する情報を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記一以上の入力信号は、前記感知された実際のモータ電流と設定電流との比較に関する情報を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記一以上のモジュールは、ほぼ一定の圧力で作動するように前記ポンプを制御する修正項を供給するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記一以上のモジュールは、前記ポンプの作動を制御するためのＰＩＤ制御器として構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ポンプから供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号に応答するように構成されるとともに、ポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定の圧力で作動するように前記ポンプを制御する情報を含む一以上の出力信号を供給するように構成される一以上の信号処理モジュールを有する制御器を具備するポンプ装置。
【請求項９】
前記一以上の信号処理モジュールは、各ポンプ用に校正された電圧及び電流に関する特性の表に少なくとも部分的に基づいて前記ポンプの作動を制御するように構成される、請求項８に記載のポンプ装置。
【請求項１０】
電圧及び電流に関する前記特性は、次に示す等式、即ち
Ｉ＝Ｖｍ＋Ｃ
ここで、ｍ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｖ１−Ｖ２）
Ｃ＝（Ｖ１・Ｉ２−Ｖ２・Ｉ１）／（Ｖ１−Ｖ２）
（Ｖ１、Ｉ１）：曲線の低い点
（Ｖ２、Ｉ２）：曲線の高い点
によって決定される、請求項９に記載のポンプ装置。
【請求項１１】
前記一以上の入力信号は、前記ポンプを作動させる感知された実際のモータ電流に関する情報を含み、前記一以上の出力信号は、前記感知した実際のモータ電流に対応する、前記表から読み取られた電圧に関する情報を含む、請求項９に記載のポンプ装置。
【請求項１２】
前記一以上の入力信号は、前記感知した実際のモータ電流と設定電流との比較に関する情報を含む、請求項１１に記載のポンプ装置。
【請求項１３】
前記一以上の信号処理モジュールは、ほぼ一定の圧力で作動するように前記ポンプを制御する修正項を供給するように構成される、請求項１２に記載のポンプ装置。
【請求項１４】
前記制御器は、前記ポンプの作動を制御するためのＰＩＤ制御器として構成される、請求項８に記載のポンプ装置。
【請求項１５】
前記制御器は、ポンプを有するポンピングシステム又はポンピング装置の一部を形成する、請求項８に記載のポンプ装置。
【請求項１６】
ポンプから供給される電流に関する情報を含む一以上の信号に応答する段階と、
ポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定の圧力で作動するように前記ポンプを制御するための情報を含む一以上の出力信号を供給する段階と、を含む方法。
【請求項１７】
各ポンプ用に校正された電圧と電流に関する特性の表に少なくとも部分的に基づいて前記ポンプの作動を一以上のモジュールを使って制御する段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
次に示す等式、即ち
Ｉ＝Ｖｍ＋Ｃ
ここで、ｍ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｖ１−Ｖ２）
Ｃ＝（Ｖ１・Ｉ２−Ｖ２・Ｉ１）／（Ｖ１−Ｖ２）
（Ｖ１、Ｉ１）：曲線の低い点
（Ｖ２、Ｉ２）：曲線の高い点
によって電圧と電流に関する前記特性を決定する段階を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記一以上の入力信号は、前記ポンプを作動させる感知された実際のモータ電流に関する情報を含み、前記一以上の出力信号は、前記感知された実際のモータ電流に対応する前記表から読み取られる電圧に関する情報を含み、特に前記一以上の入力信号は、前記感知されたモータ電流と設定電流との比較に関する情報を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
ほぼ一定の圧力で作動するように前記ポンプを制御する修正項を前記一以上のモジュールを使って供給する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプの作動を制御するための技術に関するものであって、感知パラメータとしてモータ電流及び制御パラメータとしてモータ電圧を利用してポンプの作動を一定圧力に制御する方法を提供することを含んでいる。
【０００２】
より詳しくは、本発明は、モータ電流を感知することとポンプのＶ−Ｉ特性を追跡するユニークなアルゴリズムとに少なくとも部分的に基づいて出口圧力を一定に維持する、ポンプ制御を用いる方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
本技術分野で知られた多くのポンプは、特定の圧力（即ち、シャットオフ圧力）を超過したときポンプを停止させる機械式圧力スイッチ、半導体ホール素子、ロードセル、又は他の任意の電子式圧力感知デバイスを含んでいる。圧力スイッチ、ホール素子、又はロードセルは、典型的にはポンプ内の流体と物理的に連通して位置決めされている。流体の圧力がシャットオフ圧力を超えたとき、流体力が機械式スイッチを移動させて、ポンプの電源回路を開放するか又は設定圧力を追跡するための対応する電気信号を生成する。機械式スイッチは幾つかの制限を有する。例えば、ポンプの電源回路の繰り返しの開閉中に、スイッチの接点の間にアーク放電及び焼け焦げがしばしば発生する。圧力は、非反復性及び／又は非線形の挙動のために一定のままであることができない。従って、圧力スイッチ又はセンサーに全面的に頼ることは、不整合制御ループをいつも与えることとなる。
【０００４】
この観点から、公知のポンプの構成において、機械式圧力スイッチ又はセンサーに関する問題を解決する改良されたポンプ制御器に対する要求が本技術分野にある。
【発明の概要】
【０００５】
機械式圧力スイッチ及び圧力センサーに関する前述の問題を解消するために、圧力を直接に感知することなしに圧力を一定レベルに制御する新しい技術が、電流の感知を用いて提供される。この新しい技術は、圧力スイッチ又は圧力センサーだけに対する依存、並びにそれらの非線形性及び非反復動作のような他の関連する問題、さらに電磁妨害（ＥＭＩ）等による影響に結びついた他の知られた問題も低減させるのに役立つであろう。
【０００６】
一部の実施形態によると、本発明は、ポンプ制御器のような装置の形をとることが可能であり、前記ポンプ制御器は、ポンプから供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号に応答するように構成され、且つポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定圧力で作動するようにポンプを制御するための情報を含む一以上の出力信号を供給するようにも構成された一以上のモジュールを特徴としている。
【０００７】
本発明の実施形態は、次に示す特徴の一つ以上を含むことも可能である。
例えば、一以上のモジュールは、各ポンプ用に校正された電圧と電流に関する特性の表に少なくとも部分的に基づいてポンプの作動を制御するように構成されてよく、ここで特性は次に示す等式、即ち
Ｉ＝Ｖｍ＋Ｃ
ここで、ｍ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｖ１−Ｖ２）
Ｃ＝（Ｖ１・Ｉ２−Ｖ２・Ｉ１）／（Ｖ１−Ｖ２）
（Ｖ１、Ｉ１）：曲線の低い点
（Ｖ２、Ｉ２）：曲線の高い点
によって決定され得る。
一以上の入力信号は、ポンプを作動させる感知された実際のモータ電流に関する情報を含み、一以上の出力信号は、感知された実際のモータ電流に対応する表から読み取られた電圧に関する情報を含むことが可能である。一以上の入力信号は、感知された実際のモータ電流と設定電流との比較に関する情報を含むこともある。一以上のモジュールは、ほぼ一定の圧力で作動するようにポンプを制御する修正項を供給するように構成されてもよい。
【０００８】
一以上のモジュール又は全体としての装置は、ポンプの作動を制御するためのＰＩＤ制御器として構成され得る。
【０００９】
ポンプから供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号に応答するように構成され、且つポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定の圧力で作動するようにポンプを制御する情報を含む一以上の出力信号を供給するように構成された一以上の信号処理モジュールを特色とする制御器の形を装置がとることもある。制御器の実施形態は、本明細書で説明される特徴の一つ以上を含むことが可能である。制御器は、ポンプを含むポンピングシステム又はポンピング装置の部分を形成してもよい。
【００１０】
本発明は、ポンプを制御する段階を特徴とする方法の形をとることもあり、前記段階は、ポンプから供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号に応答する段階、及びポンプ圧力を直接に感知すること無くほぼ一定の圧力で作動するようにポンプを制御するための情報を含む一以上の出力信号を供給する段階を含む。前記方法の実施形態は、本明細書で説明される特徴の一つ以上を実行する段階を含むことが可能である。
【００１１】
本発明は、要素１０のようなポンプ制御器の部分を形成する信号処理デバイス上で作動したとき方法の段階を実行するために、コンピュータ読み取り可能媒体に埋め込まれた実行可能コンピュータコードを含むコンピュータ読み取り可能媒体を有するコンピュータプログラム製品の形をとることもある。一例として、コンピュータプログラム製品は、ＣＤ、フロッピー（登録商標）ディスク、メモリースティック（登録商標）、メモリーカード、及び現在知られているか又は後で将来開発されるようなコンピュータ読み取り可能媒体上にそのようなコンピュータ実行可能コードを保存し得る他のタイプ又は種類のメモリー装置の形をとり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
添付された図は、縮尺に従って描かれていない以下の図を含む。
【図１ａ】本発明の一部の実施形態による、ポンプ制御器を含む装置のブロック線図である。
【図１ｂ】本発明の一部の実施形態による、図１ａの装置を実行するための方法の流れ図のブロックダイヤグラムである。
【図２】薄膜ポンプのヘッド−流量特性のグラフである。
【図３】薄膜ポンプ用の例えば２０７ｋＰａ（３０ｐｓｉ）の一定圧力におけるＶ−Ｉ特性を示す、電圧に対する電流のグラフである。
【図４】本発明の一部の実施形態による制御器を有するポンプ装置を含んでいる、装置のブロック線図である。
【図５】本発明の一部の実施形態による薄膜ポンプ用の、一定圧力における望ましい電流及び実現された電流のＶ−Ｉ特性を有する、電圧に対する電流のグラフである。
【図６ａ】本発明の一部の実施形態による装置を実行するためのステップを示す機能流れ図である。
【図６ｂ】本発明の一部の実施形態による装置を実行するステップを示す機能流れ図である。
【図６ｃ】本発明の一部の実施形態による装置を実行するステップを示す機能流れ図である。
【図６ｄ】本発明の一部の実施形態による装置を実行するステップを示す機能流れ図である。
【図６ｅ】本発明の一部の実施形態による装置を実行するステップを示す機能流れ図である。
【図６ｆ】本発明の一部の実施形態による装置を実行するステップを示す機能流れ図である。
【図６ｇ】本発明の一部の実施形態による装置を実行するステップを示す機能流れ図である。
【図６ｈ】本発明の一部の実施形態による装置を実行するステップを示す機能流れ図である。
【図７】本発明の一部の実施形態による、ガロン毎分（ＧＰＭ）に対するＰＳＩの部分を形成する流量曲線／作動エンベロープを有するグラフである。
【図８】本発明の一部の実施形態による、発光ダイオード（ＬＥＤ）表示器コードを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１ａは、一以上のモジュール１２及び１４を特色にする概ね参照符号１０で示されるポンプ制御器の形をした装置を示す。一以上のモジュール１２は、ポンプ（要素３０（図４）参照）から供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号に応答するように構成されるとともに、ポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定の圧力で作動するようにポンプ３０（図４）を制御するための情報を含む一以上の出力信号を供給するように構成されている。
【００１４】
本発明の一部の実施形態によると、一以上のモジュール１２は、各ポンプ用に校正された電圧と電流に関する特性の表に少なくとも部分的に基づいてポンプ３０（図４）の作動を制御するように構成されることが可能であり、その場合前記特性は以下の等式によって決定され得る。
Ｉ＝Ｖｍ＋Ｃ
ここで、ｍ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｖ１−Ｖ２）
Ｃ＝（Ｖ１・Ｉ２−Ｖ２・Ｉ１）／（Ｖ１−Ｖ２）
（Ｖ１、Ｉ１）：曲線の低い点
（Ｖ２、Ｉ２）：曲線の高い点
一以上の入力信号は、ポンプを作動させる感知された実際のモータ電流についての情報を含むことが可能であり、一以上の出力信号は、感知された実際のモータ電流に対応する、校正表から読み取られた電圧についての情報を含むことが可能である。一以上の入力信号は、感知された実際のモータ電流と設定電流との比較についての情報も含み得る。一以上のモジュール１２は、ほぼ一定の圧力で作動するようにポンプを制御するための修正項を供給する。
【００１５】
一以上のモジュール１２又は全体としての装置１０のいずれかは、ポンプ３０の作動を制御するための以下に説明される他の構成要素又はモジュール４２、４４、４６、及び４８と共にＰＩＤ制御器４１を有するモジュールとして構成されるか、又はその部分を形成し得る。示されるように、モジュール４０は、例えば本発明の機能性を満たすための信号処理を実行するように構成された一以上の信号処理モジュールを含む。ＰＩＤ制御器４０は、ポンプ３０の作動を制御するための、図４で符号５０として全体的に示されるポンピングシステムもしくはポンピング装置の一部も形成し得る。
【００１６】
一以上のモジュール１４は、基礎をなす発明の一部を形成しない制御器の他の機能性を満たすためにポンプ制御器の部分を形成し得る他のモジュールを含むことができ、前記制御器の他の機能性は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）タイプデバイス、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）タイプデバイス、制御及びデータバスタイプデバイス等を含む他のデバイ又は構成要素に結びつけられた機能性はもとより、例えばポンプ／モータ及び感知デバイス等への信号並びにそれらからの信号を処理するための入出力機能性を含んでいる。
【００１７】
校正表は、例えば記憶蓄積デバイスの一部を形成し得る。記憶蓄積デバイスはそれ自身で一以上のモジュール１２の一部、又は一以上の他のモジュール１４の一部、又はそれらのある組合せの一部を形成し得る。記憶蓄積デバイスは本技術分野では知られており、また本発明の範囲は、現在知られているか又は将来後で開発されるそのどんな特定のタイプ又は種類への限定は意図されない。
【００１８】
本発明は、図１ｂに示される、ステップ２２及び２４を有する方法の形もとることができ、前記方法は、ポンプ３０（図４）を制御するための参照符号２０で概ね示される流れ図の部分を形成するものであり、例えば信号パス４２ａに沿ってポンプ３０から供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号に応答するステップと、ポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定の圧力で作動するようにポンプ３０を制御するための情報を含む一以上の出力信号を例えば信号パス４１ａ（図４）に沿って供給するステップとを含んでいる。
【００１９】
基本的なポンプの原理及び表の構築
本発明による、電流と圧力との間の上記の間接的な関係は、以下のことに一致する一般的な薄膜ポンプの組立作動原理に少なくとも部分的に基づいている。
【００２０】
本技術分野に知識を有するものには明らかであるように、典型的な薄膜ポンプの電圧はモータに印加され、次に前記モータが回転子を回転させるだろう。回転運動はカムによってピストンに伝達されるだろう。次にピストンは回転運動を直線運動に変換するだろう。膜板に向かうピストンの直線運動は、流体をポンプ入口からポンプ出口へ押しやるだろう。出口領域におけるこの力は、出口から流れ出る流体に圧力を生み出すだろう。
【００２１】
作動中に、ポンプの出口における需要が減少したなら、出口における圧力は増大するだろう。しかしながら、ポンプは依然として前と同じ速度で回転している。このために、増大した圧力に応答して電流はモータにおいて増大し始めるだろう。同様に、ポンプの出口における圧力が望ましい圧力に対して低下したなら、モータから流れる電流は、より高い圧力を生み出すトルクの要求が低下するにつれて減少するだろう。
【００２２】
一例として、図２は、典型的な薄膜ポンプの一般的なヘッド−流量特性を示すために提供される。前記特性から、電流と電圧は、望ましいヘッド−流量にとって実質的にユニークであることが理解される。他の重要な結論は、二つの異なる流量における圧力が、任意の所与の時間において同じ電圧及び電流を実質的に有さないことが理解されることである。
【００２３】
前述の原理の理解を助けるために、図３は、典型的な薄膜ポンプの一定圧力におけるＶ−Ｉ特性を示すために提供され、前記Ｖ−Ｉ特性は本発明による表又は表参照技法のための基礎を形成する。
【００２４】
Ｖ−Ｉ特性は、ポンプに適用される電圧をその全作動範囲（例えば、＋１２Ｖモータに対する８．５Ｖから１４．８Ｖで、及び制御電子機器、即ち可変速ドライブ（ＶＳＤ）を含まずに）変化させるとともに、ポンプがその意図された正常運転（例えば、２０７ｋＰａ(３０ｐｓｉ）)にあるときポンプの維持されるべき望ましい一定圧力である圧力を一定に維持することによって電流をプロットすることによって決定されることが可能である。
【００２５】
所与のポンプのための表を決める図３におけるそれぞれのＶ−Ｉ特性はそのポンプにとって固有のものである、というのもＶ−Ｉ特性はその所与のポンプのモータ特性に依存しているからであり、前記モータ特性は他のモータと比較したとき一つのモータから典型的に変化する。換言すると、本発明によると、それぞれのＶ−Ｉ特性は、各々のポンプに対して感知されて決定され、及び各ポンプにとって固有であって各ポンプを制御するために用いられるそれぞれの表は、各ポンプのために処方されるだろう。
【００２６】
所与のポンプのためのＶ−Ｉ特性が決定されると、本発明による表参照技法を使って獲得された上記趨勢線（Ｖ−Ｉ特性）を参照し且つ追うことによって任意の制御器又は制御システムが、一定圧力でポンプを制御するために実行される。
【００２７】
一例として、図４は、本発明の一部の実施形態による単純であるが効果的なアプローチを有するポンプ装置５０のための制御ブロック図を示している。示されるように、制御ブロック又はモジュール４０は、デバイス又は構成要素又はモジュールを含んでおり、それらは、例えばＰＩ（Ｄ）制御器モジュール４１、及び、ポンプ３０の作動を制御するための他の構成要素又はモジュール４２、４４、４６、４８のようなものである。モジュール４２は、信号パス４２ａに沿うモータからの電流を感知し、感知したモータ電流に関する情報を含む電流感知信号を信号パス４２ｂに沿って供給する。モジュール４４は、信号パス４２ｂに沿う電流感知信号に応答するように、及びモータ電圧における電流を測定するように、及びそのモータ電圧における測定電流に関する情報を含む測定した電流信号を信号パス４４ａに沿って供給するように構成されている。ポンプ３０（図４）から供給される電流に関する情報を含む一以上の入力信号は、信号パス４２ｂに沿う電流感知信号を含む。モジュール４６は、信号パス４１ａに沿う電圧出力信号Ｅにして、電流を特定の電圧で設定（校正）するためにポンプ３０の作動を制御してＰＩ（Ｄ）制御器モジュール４１から信号パス４１ａに沿ってポンプ３０へ供給される電圧出力信号Ｅに応答するとともに、特定の電圧で設定された電流（校正）に関する情報を含む信号を信号パス４６ａに沿って供給するように構成されている。節点モジュール４８は、モータ電圧において測定された電流に関する情報を含む信号パス４４ａに沿う信号と、特定の電圧に設定された電流（校正）に関する情報を含む信号パス４６ａに沿う信号とに応答するとともに、前記二つの信号に関する情報を含む信号ｅを信号パス４８ａに沿ってＰＩ（Ｄ）モジュール４１へ供給するように構成されている。以下に記載されるさらなる詳細と一致して、節点モジュール４８からＰＩ（Ｄ）モジュール４１に信号パス４８ａに沿って供給される信号ｅは、設定電流と感知された実際のモータ電流との間の誤差に関する情報を含んでおり、前記情報はＰＩＤ制御器４１のための入力パラメータとして用いられるであろう。ＰＩ（Ｄ）制御器モジュール４１は、一以上の入力信号に応答するように構成されており、前記一以上の入力信号は、ポンプ３０から供給される電流に関する情報を含む信号パス４８ａに沿う信号ｅと共に、ポンプ３０の作動を制御するためにＰＩ（Ｄ）制御器モジュール４１からポンプ３０へ信号パス４１ａに沿って供給される電圧出力信号Ｅも含んでいる。以下に記載されるさらなる詳細に一致して、ＰＩ（Ｄ）モジュール４１からポンプ３０への信号パス４１ａに沿う電圧信号Ｅは、望ましい圧力を得るための、モータ電圧に対する修正項を含むだろう。ポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定の圧力で作動するようにポンプ３０を制御するための情報を含む一以上の出力信号は、信号パス４１ａに沿う電圧出力信号Ｅを含む。作動中に、ポンプ３０の作動を制御するための信号パス４１ａに沿う電圧出力信号Ｅは、図４に示される制御フィードバックシステムに少なくとも部分的に基づいて効果的に補正又は修正され、前記制御フィードバックシステムは、感知されたモータ電流と、ポンプ圧力を直接に感知することなしにほぼ一定の圧力でそれぞれのポンプ３０を作動させるようにそれぞれのポンプ３０のために校正された表の中に含まれる情報との間の関係に依存している。
【００２８】
本発明の範囲は、本明細書で示されて説明される構成要素又はモジュールの間で信号を交換するのに用いられる信号パスのタイプ又は種類に限定されるようには意図されていない。実施形態は、本明細書で示されて説明される構成要素もしくはモジュールの間を配線される信号パスを用いること、又は本明細書で示されて説明される構成要素もしくはモジュールの間を連結するワイヤレス通信、又はそれらのある組合せの他に、現在知られているか又は後日将来開発される信号パスの他のタイプもしくは種類が想定されている。
【００２９】
図５は、Ｄで示される望ましい電流（明るい色の関数を有するものとして示される）及びＡで示される得られた電流（暗い色の関数を有するものとして示される）のための一定圧力におけるＶ−Ｉ特性であって、本発明の一部の実施形態による薄膜ポンプの作動をポンプ圧力の直接感知なしに制御するためのＶ−Ｉ特性を有する電圧に対する電流のグラフを示している。作動中に、一以上のモジュール１２（図１）又はモジュール４１（図４）は、ほぼ一定圧力で作動するようにポンプを制御するための、例えば信号パス４１ａに沿う修正された電圧信号の形をした修正項を供給するように構成されており、その結果望ましい電流Ｄ及び得られた電流Ａは、本発明の一部の実施形態によるポンプ圧力の直接感知なしに薄膜ポンプの作動を制御するための図５のグラフに示されるように同様のモータ電圧において同様の値を有するようになる。
【００３０】
本明細書で説明された本発明によるこの制御の実行は、高い精度を有し、シームレスであるがなお実行が簡単な制御アルゴリズムを提供し、前記制御アルゴリズムは、校正（Ｖ−Ｉ特性を獲得）するのが簡単で且つ制御器に対する計算負荷の少ない区分的線形アプローチを提供する。
【００３１】
Ｖ−Ｉ曲線の再現は、区分的線形方法を使って実施される。区分的線形方法によると、前記曲線は多数の（理想的には無限の）小さな直線に分割される。ここで、一つが二つの点（校正点）をとり、及びこれら二つの連続した点の間の関係は比例関係を有するであろう。この関係は以下の等式を使って定義され得る。
Ｉ＝Ｖｍ＋Ｃ
ｍ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｖ１−Ｖ２）
Ｃ＝（Ｖ１・Ｉ２−Ｖ２・Ｉ１）／（Ｖ１−Ｖ２）
（Ｖ１、Ｉ１）：曲線の低い点
（Ｖ２、Ｉ２）：曲線の高い点
【００３２】
通常の状態では、ポンプは実際のモータ電流を感知して電圧をモータに加えるであろう。現在のモータ電圧における望ましい圧力のための設定電流を獲得するために、同じ電圧が設定電流予測ロジックに送られるであろう。感知された実際のモータ電流は設定電流（校正表からの、望ましい圧力のためのその電圧における望ましい電流）と比較されるであろう。設定電流と感知された実際のモータ電流との間の誤差は、ＰＩＤ制御器のための入力パラメータとして用いられるであろう。ＰＩＤ制御器は、望ましい圧力を得るために、モータ電圧に対する修正項を生成するであろう（デューティーサイクルによる制御器）。この次に、上述のステップは一定且つ非常に速い速度で繰り返される。
【００３３】
アルゴリズムが、本明細書で示されたものと一致して実行されると、電子機器及び信号処理をとおして、本発明による予測的アルゴリズムアプローチによってポンプの出力における望ましい一定圧力を与える出力を得るべく、信号パス４１ａに沿う一以上の出力信号が供給され得る。
【００３４】
Ｖ−Ｉ曲線の等式
以下の記載はＶ−Ｉ曲線の等式に関するものである。
一般的な一次方程式から：
Ｉ＝ｍＶ＋Ｃ
ここで、（Ｖ1、Ｉ1）：曲線の低い点、及び
（Ｖ2、Ｉ2）：曲線の高い点、
であるなら、
【数１】
2010255634.tif 000003
【数２】
2010255634.tif 000004
【数３】
2010255634.tif 000005
従って、
【数４】
2010255634.tif 000006
【数５】
2010255634.tif 000007
【数６】
2010255634.tif 000008
又は、
【数７】
2010255634.tif 000009
少なくとも部分的にこれに基づいて、Ｖ−Ｉ曲線は、
【数８】
2010255634.tif 000010
で表せる。
【００３５】
モジュール１２、４１、４２、４４、４６、又は４８
一例として、モジュール１２、４１、４２、４４、４６、又は４８の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組合せを使って実行される。典型的なソフトウェアの実行では、モジュール１２、４１、４２、４４、４６、又は４８は、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、入出力デバイス、制御装置、並びに前述のものを接続するデータバス及びアドレスバスを有する、一以上のマイクロプロセッサベースのアーキテクチャを含むだろう。本技術分野に知識を有する者は、必要以上の実験をすることなしに本明細書に記載された機能を実行するために、そのようなマイクロ制御器（又はマイクロプロセッサ）ベースの実行をプログラムすることが可能であろう。本発明の範囲は、現在知られたか又は後で将来開発される技術を用いる特定の実行に限定されることは意図されない。
【００３６】
可能な適用例
本発明の可能な適用例は、以下に示す特徴のいくつかの組合せを有する実行を含んでいる。
【００３７】
Ｉ．概要の説明
一例として、以下の仕様は、５室ポンプ用の可変速駆動ポンプ制御器（ＶＳＤ）の設計及び開発のためのものである。本発明の範囲が、現在知られているか又は後で将来開発される用途のタイプの種類に限定されることが意図されないとはいえ、一例として、この仕様の用途は、水システムから通常の工業用の噴霧までの範囲に広がっている。
【００３８】
ＩＩ．機能要求
１．適用例の定格
１．１．海水及び真水環境における作業
１．２．電圧
１．２．１．直流ユニット  ９．５ＶＤＣ〜２８．０ＶＤＣ
１．２．２．交流ユニット  ８５ＶＡＣ〜２５０ＶＡＣ  直流バージョンの完成後に完了されるべきプロジェクトのフェーズ２。
【００３９】
２．略語及び定義
２．１．略語
２．１．１．＃Ｆ：出口／弁／栓の数量
２．１．２．Ｃ＃：様々な電圧における流量曲線
２．１．３．Ｐ＃：様々な圧力及び流量における定格点
２．１．４．ＧＰＭ：ガロン毎分
２．１．５．ＶＤＣ：直流電圧
２．１．６．ＶＡＣ：交流電圧
２．１．７．ＭＴＢＦ：平均故障間隔
２．１．８．ＰＳＩ：重量ポンド毎平方インチ
２．２．定義
２．２．１．出口：システムの流量の出力
２．２．２．干上がり：ポンプに供給される液体が除去されるか又は供給が枯渇したとき発生する。
２．２．３．プライム（Prime）：ポンプが水を汲んでポンプ作用をするのに要する時間。
【００４０】
３．性能及び寿命予測
３．１．性能
３．１．１．機能的作動（図６〜８参照）
３．１．１．１．容器又は原子炉容器に取り付けられたＶＳＤポンプ及び接続された適切な動力源について、例えば制御器１０（図１）又はモジュール４０（図４）のようなポンプ制御器は、ポンプがＯＮ／ＯＦＦ電源周期を経験する毎に図６に示されて説明された診断テストも実行することができる。正常運転モードの下では、需要が求められる（出口が開放される）まで、水システムは、加圧されて設計値に維持されなければならない。
３．１．１．２．需要（Ｐ１）、（Ｐ２）、又は（Ｐ３）があるとき、ポンプ制御器はポンプを最高速度及び電圧で作動させ、ポンプはおそらく作動エンベロープの外側（高アンペア及びボルト）で作動するであろう。また、ポンプ制御器はこの状態を検出して、事前設定されたアンペア値及びボルト値が実現されるまでポンプを減速し得る。新しい状態が生起するまで、ポンプ制御器はポンプの作動をこの値で維持し、またポンプ制御器はその新しい状態に反応し得る。これら全ての作用は典型的には、例えばほんの一瞬のような非常に短い時間範囲で起こる。
３．１．１．３．より多くの需要（Ｐ２）又は（Ｐ３）又は（Ｐ４）が生起するにつれて、水システムは圧力が低下して、ポンプは負荷とアンペアの引き分けにおける低下を経験する。ポンプ制御器は、この新しい状態を検出し、及び事前設定値（アンペア及びボルト）が実現されるまでポンプの速度を徐々に高めるとともに新しい状態が生起するまでこの値にポンプの作動を維持することができ、またポンプ制御器は前記新しい状態に反応するだろう。この技術は、図７に描かれた作動エンベロープとして規定される全ての作動点に適用され得る。
３．１．１．４．多量の需要（Ｐ４）が求められたなら、この状態が変更されるまで、ポンプ制御器は、前記需要に応えるために最大速度及び電圧を維持し得る。
３．１．１．５．需要がもはや存在しないとき（出口が閉じられたとき）、ポンプは作動圧力を超える高圧力を経験し、圧力スイッチがポンプに対する動力を切断し得る。
３．１．１．６．干上がり保護：タンク及びポンプの入口に流体がない場合、ポンプ制御器はこの状態を検出して、例えばＸ分の所定の時間の後ポンプを止めることができる。制御器は、空状態又は漏出状態を所定の回数だけ調べてエラー信号をＬＥＤに送出するために、節目節目でポンプを作動させることもある。
３．１．１．７．学習：作動の全てのモードの間中に、ポンプ制御器は、将来の参考とするために、ボルト及びアンペアの作動範囲を“学習”することができる。前記学習は、ユニットが少ない時間ロスで円滑に変化に対応することを可能にする。
３．１．１．８．過電流及び不足電流：制御器は、学習範囲外のアンペア数の極値について監視して、この状態が起こったとき作動を停止して明滅ＬＥＤ１を明滅させる。図６及び図８を参照。
３．１．１．９．漏出検出：ユニットは長期にわたるゆっくりした漏出について監視することができ、ポンプ制御器が、非正常運転をともなう、ある時間間隔にわたるゆっくりした漏出を検出したとき、ユニットはポンプを停止し得る。ゆっくりした漏出は、圧力のゆっくりした損出としてそれ自身を典型的に明らかにし、そのときポンプは圧力を増大させて停止する。これは、漏出状態において時間が経てば常に起こり得る。この特徴は、所定の繰り返し周期を準備することができ、停止して明滅ＬＥＤ２を明滅させることができる。図６及び図８を参照。
３．１．１．１０．データ保存
ポンプ制御器は、例えば一以上の他のモジュール１４の部分を形成し得る基板上のメモリであって、以下の事件を含む基板上のメモリにデータを保存するように構成されることも可能である。
ａ．干上がり及び不足電流：干上がり事件の回数を記録
ｂ．過電流及びモータ失速：事件の回数を記録
ｃ．正常運転の時間
ｄ．各事件の時間
ｅ．不足電圧及び過電圧：事件の回数を記録
ｆ．漏出検出：事件の回数を記録
ｇ．時間切れ：事件の回数を記録
３．２．寿命の見込み：作動及び水の進入を含むボックスの推奨機能寿命（ＭＴＢＦ）５００時間以上
【００４１】
４．物理的特徴及び寸法
４．１．ＶＳＤハウジングはモータの基礎としてマウントするように形成されるべきである。
４．２．電源接続は、２８アンペアに耐えるために及びハーネスからの十分な配線が確実に接続されることを可能にするために、十分なゲージの１２”ピグテイルであり得る。
４．３．接続
４．３．１．ポンプの接続は、中に成形される８ピンのモレックスＭＸ１５０コネクタ又は同等物に基礎をおくことができる。
４．３．１．２．電源入力プラス１本のアースピン用の２ピン
４．３．１．３．モータへの電源用の２ピン
４．３．１．４．圧力スイッチ入力用の２ピン
４．３．１．５．ＬＥＤ表示器及びＯＮ／ＯＦＦスイッチオプション用の２ピン
これらのピンは必要がなければ埋められる。
【００４２】
５．いくつかの追加の特徴
５．１．熱過負荷保護
５．２．ユニットはまた、ソフトウェアの過電流保護に加えて、過電流保護に対するハードウェアの冗長性を利用すること。
５．３．ソフトウェア過電流保護が機能しない場合のハードウェア過電流保護を有すること。
５．４．ＩＴＴ流量制御によって提供されるＰＣＢ要綱に適合すること。
５．５．ＳＭＴ／ＴＨＴ構造
５．６．動作温度範囲：−２３℃〜６６℃（−１０°Ｆ〜１５０°Ｆ）
５．７．アンペア数及び電圧スパイクからの保護
【００４３】
上記実行の利点は多数あり、例えば以下に続くものの一部を含み得る。
・一般的な等式
・任意の薄膜ポンプの特性及び定格に拡大適用して適合させる（同一のソフトウェアを２０７ｋＰａ、４１４ｋＰａ、５５２ｋＰａ（３０ｐｓｉ、６０ｐｓｉ、８０ｐｓｉ）等のポンプに）。
・ソフトウェアが特定のモータ特性に向かう。
・機能性は主に校正に依存する。
・容易な校正
・交流動作にも容易な携帯性
・多数の自己診断特徴を与えることが可能（異常の大部分が電流の関数であり得るので）。
・普遍的且つ先進的アルゴリズムを用いる。
・アルゴリズムは叙述論理を用いる。
・電流処理能力がハードウェアによって対処されるなら、共通ソフトウェア（同じソフトウェアを６．９ｋＰａ〜１７２４ｋＰａ（１ｐｓｉ〜２５０ｐｓｉ）に）が、任意の薄膜ポンプの特性及び定格に対して適合され得る。
・ソフトウェアは、それ自身で校正されるか又は外部から校正され得る。
・ソフトウェアは、その主要な計算アルゴリズムのためにどんな圧力“センサー”も使用せず、またモータ電流に基づいてすべての計算を実行する、従って“センサーレス”である。
・ソフトウェアは、その高度に進化したアルゴリズム及びその出力圧力制御要件を使ってモータ電流と出力圧力との間の関係を確立する。
・出力における円滑で静かな流れ
・吐出圧力は、拡張流量範囲要求条件（全流量範囲の約８５％）に対して一定のままである。
・入力電圧の変化に対する出口流量の最小変動
・進化し且つ洗練された基板上の電子制御装置を利用した迅速で素早い応答ソフトウェアアルゴリズム
・先進のソフトウェアが、モータに印加される定格電圧より高い全ての電圧を同化して吸収するのでポンプ寿命が延びる。
・ポンプに供給される定格電圧より高い電圧が無い結果として、モータの熱発生が抑制される。
・ハードウェアとソフトウェアとの優れた組合せの助けを受ける一連の指示的自己診断特徴、即ち、干上がり、回転子ロック、漏出検出、時間切れ、過電圧、不足電圧、及び過電流等のような診断特徴。
・ポンプの干上がり、システムにおける漏出、時間切れ、過電圧、及び不足電圧は、システムの問題点として分類される。
・過電流、電流なし（不足電流）、及び外囲器の過熱は、ポンプの問題点として分類される。
・これらの診断は、アウトプットにおいて明滅するＬＥＤによる視覚的表示である。
・ＬＥＤの出力コードは “システム”又は“ポンプ”の問題又は異常として大まかに蓄積される。
・ＬＥＤ出力は、ソフトウェア内のエラーコードモジュールを変更することによって各診断特徴に対して個別に与えられることも可能である。
・基板上の温度超過遮断が電子部品の寿命を延ばすとともに製品を安全に保護する。
・先進の漏出検出特徴を有することによる節水。
【００４４】
本発明の範囲
本明細書で表明されない限り、本明細書において特定の実施形態に関して説明された特徴、特性、変更例、又は変形例のどれもが、本明細書において説明された他のどの実施形態にも適用され、使用され、又は組入れられてよいことが理解されるべきである。また、図面は縮尺に従って描かれていない。
【００４５】
本発明は、薄膜ポンプに関する例により説明されるとはいえ、本発明の範囲は、現在知られているか又は後で将来開発される他のタイプ又は種類のポンプに関して、その範囲を用いることを含むことが意図されている。
【００４６】
本発明は、その例示的実施形態に関して説明されて図解されてきたとはいえ、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく前述の及び様々な他の追加及び削除がそこで及びそれらになされてよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０    ポンプ制御器
１２    モジュール
１４    モジュール
３０    ポンプ
４０    制御モジュール
４１    ＰＩＤ制御器モジュール
４１ａ    信号パス
４２    モジュール
４２ａ    信号パス
４４    モジュール
４６    モジュール
４８    節点モジュール
５０    ポンプ装置
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図３】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図６ｆ】
2010255634.tif 000020
【図６ｇ】
2010255634.tif 000021
【図６ｈ】
2010255634.tif 000022
【図７】
2010255634.tif 000023
【図８】
2010255634.tif 000024
【図２】
2010255634.tif 000025
【図４】
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【外国語明細書】
2010255634000001.pdf